Sản xuất kim loại có tính chất trừ. Trong các quá trình như cắt, mài và khoan, một phần của vật liệu cơ bản sẽ trở thành chất thải, điều này đòi hỏi một hệ thống xử lý, thải bỏ chất thải và khả năng tái chế.

Một số quy trình "phụ gia" (như đúc và đúc khuôn) đã tồn tại hàng trăm năm, nhưng trong hai thập kỷ qua, đặc biệt là trong vài năm trở lại đây, sự phát triển của sản xuất bồi đắp (AM) đã xuất hiện. Những cải tiến này cung cấp cho các nhà thiết kế bộ phận những chức năng mà trước đây được cho là không thể thực hiện được.

Khái niệm cơ bản về kim loại AM

Trong những năm qua, ngành công nghiệp đã sử dụng một số lượng lớn các từ viết tắt để mô tả một loạt quy trình thiết bị AM, nhiều quy trình trong số đó đã được đăng ký nhãn hiệu. Cuối cùng, ASTM đã tiêu chuẩn hóa thuật ngữ này thông qua tiêu chuẩn ASTM F2792.

Hai dạng AM kim loại phổ biến được trích dẫn trong tiêu chuẩn là phản ứng tổng hợp bột (PBF) và lắng đọng năng lượng định hướng (DED). Năng lượng phụ thuộc vào hệ thống. Tất nhiên, nhiều máy sử dụng tia laser, nhưng những máy khác sử dụng chùm tia điện tử hoặc hồ quang điện. Nhiều phát triển mới nhất, đặc biệt là những phát triển liên quan đến DED, liên quan đến việc sử dụng tia laser công suất cao.

Cả PBF và DED đều có thể sản xuất nhiều loại bộ phận khác nhau, bao gồm cả những bộ phận có thiết kế phức tạp. Nhiều sản phẩm có các chức năng như kênh làm mát bên trong, không thể sản xuất theo bất kỳ cách nào khác.

Trong PBF, lớp có hoa văn được xử lý bằng laser và sau đó được thả xuống để bột chảy hoặc lắng đọng lại để tạo thành lớp tiếp theo. Các dạng PBF phức tạp, gần giống với hình dạng cuối cùng hoặc thậm chí là hình dạng cuối cùng của lớp hoàn thiện.

Trong DED, bột hoặc dây được lắng đọng từng lớp và mỗi lớp nóng chảy được tích tụ trên bề mặt. Các vật liệu lắng đọng có thể bao gồm thép, thép không gỉ, nhôm, hợp kim gốc niken và coban, titan và nhiều vật liệu khác.

Bởi vì kim loại dạng bột được sản xuất theo nhiều cách khác nhau nên chúng có nhiều loại và vì chúng có thể được trộn theo nhiều cách khác nhau nên chúng cho phép các nhà sản xuất tinh chỉnh các đặc tính của vật liệu. Mặt khác, giá thành của dây lõi kim loại thấp hơn, tốc độ lắng đọng cao hơn và không lãng phí. DED cấp liệu theo dây chuyền có thể cung cấp gần như 100% khả năng sử dụng nguyên liệu.

DED có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận lớn và thực hiện sửa chữa các bộ phận, và nhiều ứng dụng của nó liên quan đến tốc độ lắng đọng vật liệu cao. Trên thực tế, một số quy trình DED cấp dây có thể lắng đọng tới 330 g/phút thép không gỉ, gấp khoảng 10 lần tốc độ lắng đọng thông thường khi sử dụng PBF. Tuy nhiên, độ chính xác về kích thước và độ nhám bề mặt của DED kém hơn PBF khoảng 10 lần. DED có thể đạt được hình dạng gần giống cuối cùng, nhưng thường yêu cầu một số kiểu hoàn thiện, chẳng hạn như phay hoặc mài. Mặc dù vậy, tốc độ lắng đọng cao của DED thường mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn cho các thành phần ngắn hạn lớn.

Xuất bản hay in ấn?

Hãy xem xét một phần lớn, đó là trước khi kim loại AM được đúc và hoàn thiện. Nếu đó là một bộ phận có khối lượng lớn, đúc vẫn có thể là phương pháp sản xuất thiết thực và tiết kiệm chi phí nhất. Nhưng nếu thời gian chạy ngắn thì sao? Trong thời gian cần thiết để sản xuất lõi đúc, DED đã sản xuất các bộ phận có chất lượng đúc phù hợp.

Hơn nữa, các bộ phận do DED sản xuất sẽ không gặp phải các vấn đề luyện kim có thể xảy ra do quá trình đúc, chẳng hạn như các lỗ siêu nhỏ hoặc lớn, đóng nguội hoặc chồng lên nhau và trầy xước. Một hệ thống DED được thiết kế tốt với phản hồi vòng kín tới nguồn laser sẽ có thể tạo ra hầu hết các bộ phận có độ hợp nhất giữa các lớp tốt và hầu như không có tạp chất.

Tiến độ xử lý đầu

Máy DED công nghiệp tiêu chuẩn bao gồm đầu lắng đọng vật liệu, hệ thống chuyển động (đa trục hoặc robot), nguồn laser, tấm chắn an toàn và hệ thống xả. Đầu gia công di chuyển theo đường chạy dao đã được lập trình theo dữ liệu CAD của bộ phận.

Tuy nhiên, sự phát triển của DED vẫn tiếp tục và tốc độ lắng đọng tiếp tục tăng. Mục đích là làm nóng và làm nóng chảy dây đồng đều và nhanh chóng mà không bị biến dạng. Đối với nhiều ứng dụng, điều này đã trở thành hiện thực, một phần nhờ vào những tiến bộ trong đầu xử lý.

Một số ứng dụng DED có thể sử dụng đầu hàn laser, nhưng cách đầu hàn này cấp dây hàn có những hạn chế. Đầu hàn laser thông thường cấp dây hàn từ bên cạnh. Hướng cấp dây ảnh hưởng đến việc truyền các giọt và chất lượng cặn. Mục đích là để giữ cho vật liệu nóng chảy ở đầu dây hàn chảy đều và liên tục vào vũng nóng chảy trên phôi, còn với DED, nếu đầu xử lý chỉ có một hướng cấp dây thì đôi khi dòng chảy này không thể tối ưu được.

Sự hồi tưởng có thể là một thách thức khác. DED yêu cầu nhiều điểm trung tâm công cụ để lập trình đường dẫn, điều này làm cho sự phản xạ ánh sáng bật ra khỏi dây thực sự có thể xảy ra, điều này không được tính đến bởi các đầu hàn laser thông thường.

Cuối cùng, hệ thống quang truyền của đầu hàn laser thường bị giới hạn ở công suất laser 6 kW. Cách đây không lâu, 6 kW được coi là ứng dụng laser công nghiệp “công suất cao”. Ngày nay, một số ứng dụng DED sử dụng công suất laser từ 10 đến 20 kW.

Trong DED, các vật liệu khác nhau được hưởng lợi từ các hướng và vị trí cấp dây khác nhau. Khi xử lý trên các vật liệu gốc titan và niken, việc cấp trước dây hàn ở mép trước của bể nóng chảy có xu hướng tăng tốc độ lắng và cải thiện độ bóng bề mặt. Đối với nhôm, thí nghiệm cho thấy điều ngược lại. Nói cách khác, dây phản hồi hoạt động hiệu quả và ổn định hơn. Nói chung, hướng cấp dây tốt nhất để tạo ra lớp lắng đọng DED có hình dạng tốt phụ thuộc vào vật liệu, do đó nó có ưu điểm là đầu lắng đọng đa hướng.

Đầu đa hướng với nguồn cấp dây nóng đồng trục này có thể xử lý công suất laser 20 kW hoặc thậm chí 30 kW. Trong trường hợp này, hệ thống quang học phản xạ được làm mát trực tiếp có thể giảm thiểu sự dịch chuyển tiêu cự. Một số đầu từ có bộ phận quang học bên trong giúp chia chùm tia laze công suất cao thành ba tiêu điểm độc lập có công suất bằng nhau, với mỗi tiêu điểm đặt cách nhau xung quanh một đường cấp dây đồng trục. Sự sắp xếp này tạo điều kiện cho việc cấp liệu từ các hướng khác nhau tùy thuộc vào vật liệu, đường kính của bể nóng chảy và các biến ứng dụng khác.

Ba điểm này có thể được đặt chồng lên nhau, kết hợp năng lượng của chúng với toàn bộ sức mạnh của tia laser. Hoặc, chúng có thể được đặt ở vị trí thuận lợi cho một hướng cụ thể (nghĩa là hướng cấp dây). Ví dụ: hai điểm có thể nằm chồng lên nhau, trong khi điểm thứ ba nằm sau dây.

Mở rộng dấu chân phụ gia

DED rất nhạy cảm với những thay đổi của quy trình, đó là lý do tại sao việc giám sát và kiểm soát trực tuyến lại quan trọng đến vậy. Mục tiêu cuối cùng là cải thiện tính ổn định của quá trình lắng đọng và cuối cùng mở rộng tiềm năng sản xuất bồi đắp kim loại sang các lĩnh vực mới, bao gồm các bộ phận thực sự khổng lồ mà cho đến gần đây vẫn không thực tế hoặc hoàn chỉnh đối với bất kỳ quy trình sản xuất bồi đắp nào.

Vỏ doanh nghiệp dành cho AM kim loại lớn

Hãy tưởng tượng một vòi phun tên lửa lớn có chiều cao và chiều rộng được đo bằng feet hoặc mét. Thoạt nhìn bạn có thể nghĩ đó là một buổi casting nhưng thực tế không phải vậy. Thay vào đó, nó được sản xuất tích lũy trong hệ thống lắng đọng năng lượng định hướng (DED) quy mô lớn.

Tại sao chúng cần được chế tạo chính xác bằng phụ gia thay vì đúc và hoàn thiện? Có hai lý do: nhu cầu quay vòng nhanh và loại vật liệu của vòi phun cực kỳ đắt tiền. Chi phí bắt đầu từ khối phôi quá cao, yêu cầu về mác thép quá cao và chi phí gia công cao.

Điều này dẫn đến việc sản xuất bồi đắp kim loại, cụ thể là phản ứng tổng hợp bột (PBF) hoặc DED. Vòi phun cao và rộng nhiều feet. Đối với PBF truyền thống, vòi phun quá lớn và bộ phận này yêu cầu độ xốp gần như bằng 0 trong vật liệu hoàn thiện.

Do đó, các nhà sản xuất đã chuyển sang sử dụng hệ thống DED cấp dòng dựa trên laser, công suất cao bằng cách sử dụng đầu lắng đọng ba điểm. Các bộ phận được lấy ra khỏi máy và sẵn sàng để hoàn thiện. Vật liệu thu được là loại đúc nhưng có chất lượng luyện kim được cải thiện.

Nếu vòi phun thường được xử lý từ phôi thì việc hoàn thiện chỉ chiếm 20% tổng thời gian. Thời gian tiết kiệm cho mỗi phần không tính bằng phút hay giờ mà tính bằng ngày. Hơn nữa, do giá thép phế liệu kim loại quý hiếm chỉ bằng khoảng 1/8 giá phôi toàn bộ nên sản xuất bồi đắp có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí bằng cách cải thiện việc tận dụng nguyên liệu (tức là giảm thất thoát nguyên liệu) và khoảng 97% lượng tiêu thụ. vật liệu được sử dụng để sản xuất Linh kiện.

Liên kết đến bài viết này ： Sản xuất phụ gia kim loại giúp giảm chi phí và tiết kiệm thời gian để tạo ra các bộ phận lớn

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

Độ chính xác 3, 4 và 5 trục Cơ khí CNC dịch vụ cho gia công nhôm, berili, thép cacbon, magiê, gia công titan, Inconel, bạch kim, siêu hợp kim, axetal, polycarbonate, sợi thủy tinh, than chì và gỗ. Có khả năng gia công các bộ phận có đường kính lên đến 98 inch. và dung sai độ thẳng +/- 0.001 in. Các quy trình bao gồm phay, tiện, khoan, doa, ren, khai thác, tạo hình, khía, gia công phản lực, gia công kim loại, doa và cắt laser. Các dịch vụ thứ cấp như lắp ráp, mài không tâm, xử lý nhiệt, mạ và hàn. Sản xuất nguyên mẫu và số lượng thấp đến cao được cung cấp với số lượng tối đa 50,000 chiếc. Thích hợp cho năng lượng chất lỏng, khí nén, thủy lực và van các ứng dụng. Phục vụ các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, máy bay, quân sự, y tế và quốc phòng. sales@pintejin.com ) trực tiếp cho dự án mới của bạn.